WO2021143933A1 - 一种碱回收炉内脱硝方法 - Google Patents

Abstract

一种碱回收炉内脱硝方法，包括以下步骤：将固体尿素颗粒经过脱硝剂存储供应系统进行水解，将水解后的尿素产物经过计量控制单元与还原风单元的出风在静态混合单元中混合后送入炉膛反应单元进行脱硝处理。该脱硝方法不受锅炉尺寸的影响，且脱硝效率较高，氨逃逸率低、泄漏量较小，避免造成二次污染，能够保证反应温度和停留时间，使得碱回收炉烟气中不含有碱灰，有效降低碱回收炉出口烟气中的NO _x。

Description

一种碱回收炉内脱硝方法 技术领域

本发明涉及脱硝方法技术领域，具体涉及一种碱回收炉内脱硝方法。

背景技术

碱回收炉是制浆厂的核心设备，燃烧处理制浆过程中产生的废液是生产碳酸钠和硫酸钠的化学反应器，同时也是蒸汽发生器；其产生的高温高压蒸汽所发的电，能满足浆厂大部分的用电需要。碱回收炉是现代化浆厂的关键环节，同时也是浆厂氮氧化物等酸性气体污染物排放的主要来源。因此，碱回收炉的酸性气体污染物排放面临严峻的挑战。

碱回收炉烟气中的NOx是废液固形物中的有机氮化合物与送入碱炉空气中的氧气燃烧反应而产生的。现有技术中的碱回收炉内脱硝方法主要包括选择性催化还原、选择性非催化还原、低NOx燃烧技术。

选择性催化还原的原理是利用NH ₃和催化剂(铁、钒、铬、钴、钼等金属)在合适的温度区间内将NOx还原成N ₂，基本上不与O ₂反应。选择性催化还原虽然工艺成熟，具有脱硝效率高(70-90％)、氨逃逸低、商业用途广泛。但是却无法在碱回收炉开展工业化使用，主要原因在于：第一，碱回收炉碱灰成分主要是Na ₂SO ₄、Na ₂CO ₃、NaCl和KCl等，这些化合物都是极易于引起催化剂中毒的碱金属和硫酸盐，因此催化剂极易失效，无法达到脱硝的目的。第二，碱回收炉烟气中含有粘附性很强的碱灰，容易造成催化剂堵塞。

选择性非催化还原的原理是把含有NHx基的还原剂喷入狭窄的温度范围区域，在没有催化剂情况下，还原剂迅速分解为NH ₃并与烟气中的NOx进行反应，使得NOx还原成N ₂和水，基本上不与O ₂反应。选择性非催化还原工业 造价和运行成本低，建设周期短，无需催化剂，适用于老厂改造。但是该技术受到锅炉尺寸影响较大，且脱硝效率较低，氨逃逸率高、泄漏量大，极易造成二次污染，难以保证反应温度和停留时间。

低NOx燃烧技术能够实现燃料在燃烧初期的低氧燃烧，达到降低NOx排放的目的。但是，因为碱回收炉烟气中的NOx绝大部分是由燃料黑液中的N而产生，因此低氮燃烧技术中降低空气中O ₂浓度，不能有效降低碱炉出口烟气中的NOx。

如何有效地解决上述技术问题，是目前本领域技术人员需解决的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本发明提供了一种碱回收炉内脱硝方法。

碱回收炉内脱硝方法包括以下步骤：

将固体尿素颗粒经过脱硝剂存储供应系统进行水解。

将水解后的尿素产物经过脱硝反应系统进行脱硝。

可选的，所述脱硝剂存储供应系统包括尿素颗粒储存单元、溶解单元、尿素溶液储存单元、尿素溶液输送单元、尿素水解单元。

所述将固体尿素颗粒经过所述脱硝剂存储供应系统进行水解，包括：

将所述固体尿素颗粒送入所述尿素颗粒储存单元后，再从所述尿素颗粒储存单元输送到所述溶解单元。

用除盐水将所述溶解单元内的所述固体尿素颗粒搅拌溶解成尿素溶液，再将所述尿素溶液通过溶解泵输送到所述尿素溶液储存单元。

将所述尿素溶液经过所述尿素溶液输送单元输送至所述尿素水解单元，在所述尿素水解单元中将尿素溶液水解生成NH ₃和CO ₂。

可选的，所述尿素溶液浓度为40％-50％，在150℃-160℃的温度下，压力为0.4MPa-0.6MPa发生水解反应，生成的气体中包含二氧化碳、水蒸汽和氨气，其化学反应式为：

NH ₂-CO-NH ₂+H ₂O→2NH ₃↑+CO ₂↑。

可选的，所述尿素水解单元内的上部空间是气体状态。

所述尿素水解单元采用压力控制，压力为0.4MPa-0.6MPa。

所述尿素水解单元内的所述尿素溶液浓度为40％-50％。

可选的，在将水解后的尿素产物经过脱硝反应系统进行脱硝的过程中，所述脱硝反应系统包括：还原风单元、计量控制单元、静态混合单元、炉膛反应单元。

可选的，所述还原风单元的出口分别设置有故障连锁关闭装置和故障信

号装置，所述还原风单元在碱回收炉的前墙和后墙交错布置。也就是，还原风单元的送风可由三个送风风机组成，三次送风包括：一次送风对碱回收炉内的下部进行送风，二次送风对碱回收炉内的中部进行送风，三次送风对碱回收炉内的上部进行送风。

四次送风可由四个送风风机组成，四次送风包括：一次送风对碱回收炉内的下部进行送风，二次送风对碱回收炉内的中下部进行送风，三次送风对碱回收炉内的中上部进行送风，四次送风对碱回收炉内的上部进行送风。

所述还原风单元还设置有风压连锁和电机跳闸连锁。

可选的，所述计量控制单元对所述碱回收炉的出口的初始NOx和O ₂计算出脱硝所需的还原剂的量。

计量控制单元将SMES检测的NOx值和预设值进行比较，并且对所述还原剂的量作修正，再用修正后的所述还原剂调节氨气喷射混合系统的流量调节阀，达到对于脱硝所需所述还原剂的量的控制。

可选的，所述静态混合单元将来自所述尿素水解单元的NH ₃和所述还原风单元出来的空气在混合器和管路内充分混合。

可选的，所述炉膛反应单元位于所述还原风单元的上部，炉膛反应单元的高度位于碱回收炉的炉膛中央高度。

混合风通过所述还原风单元入炉，所述混合风与所述还原剂和耦合剂共同所述在碱回收炉内参与脱硝反应。

可选的，所述还原剂包括液氨、氨水、尿素、含氮的氨基物质、氨盐中的任一种。

含氮的所述氨基物质包括碳酸氢铵、氰尿酸、单乙胺、三甲胺和二甲氨基苯甲醛中的任一种。

所述氨盐包括醋酸铵、碳酸氢铵、氯化铵、草酸铵、柠檬酸铵中的任一种。

所述耦合剂包括碳、一氧化碳、天然气、氢气、双氧水、生物油中的任一种。

在本发明中，固体尿素颗粒分别经过脱硝剂存储供应系统和脱硝反应系统脱硝后，一方面，碱回收炉烟气中不含有碱灰；另一方面，不受锅炉尺寸的影响，且脱硝效率较高，氨逃逸率低、泄漏量较小，避免造成二次污染，能够保证反应温度和停留时间；此外，还有效降低碱回收炉出口烟气中的NOx。

附图说明

图1是本发明提供的脱硝剂存储供应系统的结构示意图；

图2是本发明提供的脱硝反应系统的结构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。以下实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“连接”、“相连”等术语应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可 拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明提供的一实施例，结合图1和图2，一种碱回收炉内脱硝方法，包括以下步骤：

将固体尿素颗粒经过脱硝剂存储供应系统进行水解。

将水解后的尿素产物经过脱硝反应系统进行脱硝。

在本实施中，固体尿素颗粒分别经过脱硝剂存储供应系统和脱硝反应系统脱硝后，一方面，碱回收炉烟气中不含有碱灰；另一方面，不受锅炉尺寸的影响，且脱硝效率较高，氨逃逸率低、泄漏量较小，避免造成二次污染，能够保证反应温度和停留时间；此外，还有效降低碱回收炉出口烟气中的NOx。

本发明提供的又一实施例，如图1所示，脱硝剂存储供应系统包括尿素颗粒储存单元、溶解单元、尿素溶液储存单元、尿素溶液输送单元、尿素水解单元。

将固体尿素颗粒经过脱硝剂存储供应系统进行水解，包括：

将固体尿素颗粒送入尿素颗粒储存单元，再从尿素颗粒储存单元输送到溶解单元。

用除盐水将溶解单元内的固体尿素颗粒搅拌溶解成尿素溶液，再将尿素溶液通过溶解泵输送到尿素溶液储存单元。

将尿素溶液经过尿素溶液输送单元输送至尿素水解单元，在尿素水解单元中将尿素溶液水解生成NH ₃和CO ₂。

在本实施中，尿素颗粒储存单元为储存颗粒物的储存场地，溶解单元为 溶解罐，尿素溶液储存单元为储存溶液的储存罐，尿素溶液输送单元包括输送泵、温度计、过滤器及分配装置，尿素水解单元为制氨反应器、除盐水为软化水。其中，输送泵包括离心泵、螺杆泵、齿轮泵等，输送泵的类型根据不同的工作需求进行相应的选择。

进一步地，用除盐水将溶解单元内的固体尿素颗粒搅拌溶解成质量浓度为40％-60％的尿素溶液。

本发明提供的又一实施例，尿素溶液在150℃-160℃的温度下发生水解反应，生成的气体中包含二氧化碳、水蒸汽和氨气，其化学反应式为：

NH ₂-CO-NH ₂+H ₂O→2NH ₃↑+CO ₂↑。

在本实施中，尿素溶液发生水解反应是在150℃-160℃的温度，该温度范围能够加速尿素溶液发生水解反应。

本发明提供的又一实施例，尿素水解单元内的上部空间是气体状态。

尿素水解单元采用压力控制，压力为0.4MPa-0.6MPa。

尿素水解单元内的尿素溶液浓度为40％-50％。

在本实施中，压力为0.4MPa-0.6MPa、尿素溶液浓度为40％-50％，该压力范围和尿素溶液浓度范围能够加速尿素溶液发生水解反应。氨气反应器中的氨气利用反应器的压力通过管道输送至脱硝反应系统。

由于氨气反应器为压力容器，水解反应过程中存在尿素中间产物，尿素中间产物属于强腐蚀性物质，在高温时有腐蚀危险，故需采用316L或双相钢，其他各单元的设备及管道都采用316L或双相钢，或不低于304L材质。其中，尿素中间产物包括氨基甲酸铵、氨基甲酸铵等。

进一步地，气液两相平衡体系的压力为0.4MPa-0.6MPa，温度为150℃-160℃。

本发明提供的又一实施例，如图2所示，在将水解后的尿素产物经过脱硝反应系统进行脱硝的过程中，脱硝反应系统包括：还原风单元、计量控制单元、静态混合单元、炉膛反应单元。

在本实施中，还原风单元包括风机装置、还原风加热器、变频器、压力表、温度计、流量计；计量控制单元包括压力表、温度计、流量计(或质量 计)HIC为调节阀；静态混合单元为静态混合器；炉膛反应单元为炉膛还原反应空间。

脱硝反应系统实现去除水解后的尿素产物中的NOx，实现脱硝。

本发明提供的又一实施例，还原风单元的出口分别设置有故障连锁关闭装置和故障信号装置，还原风单元在碱回收炉的前墙和后墙交错布置。

还原风单元还设置有风压连锁和电机跳闸连锁。

在本实施中，风机装置包括还原风机或送风风机，送风风机的送风过程包括三次送风或四次送风。

三次送风可由三个送风风机组成，三次送风包括：一次送风对碱回收炉内的下部进行送风，二次送风对碱回收炉内的中部进行送风，三次送风对碱回收炉内的上部进行送风。

四次送风可由四个送风风机组成，四次送风包括：一次送风对碱回收炉内的下部进行送风，二次送风对碱回收炉内的中下部进行送风，三次送风对碱回收炉内的中上部进行送风，四次送风对碱回收炉内的上部进行送风。

风压连锁在风压超过正常风压范围时，风压连锁自动断掉，减少超过正常风压对脱硝反应系统造成的影响，在本发明中，风压连锁也可以被替换为现有技术中的其它风压监测装置和风压保护装置。

电机跳闸连锁在电机跳闸时，电机跳闸连锁自动断掉，避免电机跳闸对脱硝反应系统造成影响，在本发明中，电机跳闸连锁也可以被替换为现有技术中的其它电机跳闸监测装置和电机跳闸保护装置。

本发明提供的又一实施例，如图1所示，计量控制单元根据碱回收炉的出口的初始排放NOx的量、烟气量和O2的量计算出脱硝所需的还原剂的量。

计量控制单元将SMES检测的NOx值和预设值进行比较，并且对还原剂的量作修正，再用修正后的还原剂量调节计量控制单元中的流量调节阀，达到对于脱硝所需还原剂的量的控制。

本发明提供的又一实施例，如图1所示，静态混合单元将来自尿素水解单元的NH ₃和还原风单元出来的空气，在混合器和管路内充分混合。

本发明提供的又一实施例，如图1所示，炉膛反应单元位于还原风单元的上部，炉膛反应单元的高度位于碱回收炉的炉膛中央高度。

混合风通过还原风单元进入碱回收炉，混合风与还原剂和耦合剂共同在碱回收炉内参与脱硝反应。

在本实施中，炉膛反应单元的高度位于碱回收炉的炉膛中央高度，该位置能够有足够的反应停留时间。

本发明提供的又一实施例，如图1所示，还原剂包括液氨、氨水、尿素、含氮的氨基物质、氨盐中的任一种。

含氮的氨基物质包括碳酸氢铵、氰尿酸、单乙胺、三甲胺和二甲氨基苯甲醛中的任一种。

氨盐包括醋酸铵、碳酸氢铵、氯化铵、草酸铵、柠檬酸铵中的任一种。

耦合剂包括碳、一氧化碳、天然气、氢气、双氧水、生物油中的任一种。

在本实施中，还原剂和耦合剂的种类较多，丰富了还原剂的多样性。碳为二次燃料碳。耦合剂的种类较多，通过添加耦合剂修正温度场，从而在碱回收炉内得到适宜反应的温度场。

本发明是将选择性催化还原和选择性非催化还原及低NOx燃烧技术进行耦合，形成耦合脱硝技术。也就是将燃烧技术与脱硝技术相结合。

本发明具体的一个实施例：

2019年9月开始在广东鼎丰纸业有限公司RB1&RB2碱炉实施本发明碱回收炉内脱硝方法，具体如1和2图所示流程，尿素溶液浓度为40％-50％，在150℃-160℃的温度下，压力为0.4MPa-0.6MPa在尿素水解单元中发生水解反应，生成的气体中包含二氧化碳、水蒸汽和氨气的混合气，NH ₃、水蒸汽和CO ₂混合气通过尿素水解单元经过计量控制单元与还原风单元的出风在静态混合单元中混合后送入炉膛反应单元，具体送入炉膛反应单元由三个送风风机组成，三次送风包括：一次送风对碱回收炉内的下部进行送风，二次送风对碱回收炉内的中部进行送风，三次送风对碱回收炉内的上部进行送风。

2020年1月完成安装，3月开始调试，5月完成验收。耦合脱硝效率高 于80％，脱硝系统对锅炉效率的影响小于0.5％，系统可用率大于98％，氨氮比小于1.2，氨泄漏低于15ppm(8mg/Nm3)。

2020年5月24号在线监测数据显示：氮氧化物小时平均值24.50mg/Nm3，实测值161.32mg/Nm3，折算值142.10mg/Nm3。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明。本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，在不偏离本发明精神的基础上所做的修改或替换，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1. 一种碱回收炉内脱硝方法，其特征在于，包括以下步骤：

   将固体尿素颗粒经过脱硝剂存储供应系统进行水解；

   将水解后的尿素产物经过脱硝反应系统进行脱硝。
2. 如权利要求1所述的碱回收炉内脱硝方法，其特征在于，

   所述脱硝剂存储供应系统包括尿素颗粒储存单元、溶解单元、尿素溶液储存单元、尿素溶液输送单元、尿素水解单元；

   所述将固体尿素颗粒经过所述脱硝剂存储供应系统进行水解，包括：

   将所述固体尿素颗粒送入所述尿素颗粒储存单元，再从所述尿素颗粒储存单元输送到所述溶解单元；

   用除盐水将所述溶解单元内的所述固体尿素颗粒搅拌溶解成尿素溶液，再将所述尿素溶液通过溶解泵输送到所述尿素溶液储存单元；

   将所述尿素溶液经过所述尿素溶液输送单元输送至所述尿素水解单元，在所述尿素水解单元中将尿素溶液水解生成NH ₃、水蒸汽和CO ₂混合气。
3. 如权利要求2所述的碱回收炉内脱硝方法，其特征在于，

   所述尿素溶液浓度为40％-50％，在150℃-160℃的温度下，压力为0.4MPa-0.6MPa发生水解反应，生成的气体中包含二氧化碳、水蒸汽和氨气，其化学反应式为：

   NH ₂-CO-NH ₂+H ₂O→2NH ₃↑+CO ₂↑。
4. 如权利要求2所述的碱回收炉内脱硝方法，其特征在于，

   所述尿素水解单元内的上部空间是气体状态；

   所述尿素水解单元采用压力控制，压力为0.4MPa-0.6MPa；

   所述尿素水解单元内的所述尿素溶液浓度为40％-50％。
5. 如权利要求2所述的碱回收炉内脱硝方法，其特征在于，在将水解后的尿素产物经过脱硝反应系统进行脱硝的过程中，所述脱硝反应系统包括：还原风单元、计量控制单元、静态混合单元、炉膛反应单元，

   所述NH ₃、水蒸汽和CO ₂混合气通过尿素水解单元经过计量控制单元与所述 还原风单元的出风在所述静态混合单元中混合后送入炉膛反应单元。
6. 如权利要求5所述的碱回收炉内脱硝方法，其特征在于，

   所述还原风单元的出口分别设置有故障连锁关闭装置和故障信号装置，所述还原风单元在碱回收炉的前墙和后墙交错布置；

   所述还原风单元还设置有风压连锁和电机跳闸连锁。
7. 如权利要求6所述的碱回收炉内脱硝方法，其特征在于，

   所述计量控制单元对所述碱回收炉的出口的初始NOx和O ₂计算出脱硝所需的还原剂的量；

   计量控制单元将SMES检测的NOx值和预设值进行比较，并且对所述还原剂的量作修正，再用修正后的所述还原剂调节氨气喷射混合系统的流量调节阀，达到对于脱硝所需所述还原剂的量的控制。
8. 如权利要求6所述的碱回收炉内脱硝方法，其特征在于，

   静态混合单元中混合后的送风由三个送风风机组成，三次送风包括：一次送风对碱回收炉内的下部进行送风，二次送风对碱回收炉内的中部进行送风，三次送风对碱回收炉内的上部进行送风；

   或，由四个送风风机组成，四次送风包括：一次送风对碱回收炉内的下部进行送风，二次送风对碱回收炉内的中下部进行送风，三次送风对碱回收炉内的中上部进行送风，四次送风对碱回收炉内的上部进行送风。
9. 如权利要求6所述的碱回收炉内脱硝方法，其特征在于，

   所述炉膛反应单元位于所述还原风单元的上部，炉膛反应单元的高度位于碱回收炉的炉膛中央高度。
10. 如权利要求9所述的碱回收炉内脱硝方法，其特征在于，

    所述NH ₃、水蒸汽和CO ₂混合气通过尿素水解单元经过计量控制单元与所述还原风单元的出风和耦合剂共同在所述静态混合单元中混合后送入炉膛反应单元参与脱硝反应。

    所述耦合剂包括碳、一氧化碳、天然气、氢气、双氧水、生物油中的任一种。

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